微机原理课程设计交通灯教材.docx
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微机原理课程设计交通灯教材
课程设计任务书
专业
自动化
班级
姓名
设计起止日期
2013.12.16~2013.12.20
设计题目：
交通灯控制设计
设计任务（主要技术参数）：
交通灯控制系统
利用8086、8253定时器、8255等接口，设计一电路，模拟十字路口交通灯控制,并应用所设计的程序使连接好的线路工作正常。
指导教师评语：
成绩：
签字：
年月日
课程设计说明书NO.1
1引言
在车辆日渐增多的今天，人们也越来越关注交通问题，而交通灯在安全行车过程中无疑起着十分重要的作用。
现在交通灯一般都设在十字路口，用红、绿、黄三种颜色的指示灯和一个倒计时的显示计时器来控制行车, 对一般情况下的安全行车、车辆分流发挥着作用, 但根据实际行车过程中出现的情况, 主要有如下几个缺点:
1、车道轮流放行时间相对固定, 不能根据实际情况中两个车道的车辆多少来设置改变通行时间；2、 没有考虑紧急车辆通过时, 两车道应采取的措施。
譬如, 有消防车通过执行紧急任务时, 两个车道的车都应停止, 让紧急车辆通过。
因此如何合理高效地利用交通灯指示交通情况，是一个亟需解决的问题。
交通灯是采用计算机通过编写汇编语言程序控制的。
红灯停，绿灯行的交通规则。
广泛用于十字路口,车站, 码头等公共场所,成为人们出行生活中不可少的必需品,由于计算机技术的成熟与广泛应用,使得交通灯的功能多样化,远远超过老式交通灯, 交通灯的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，而且大大地扩展了交通灯的功能。
诸如闪烁警示、鸣笛警示，时间程序自动控制、倒计时显示，所有这些，都是以计算机为基础的。
还可以根据主、次干道的交通状况的不同任意设置各自的不同的通行时间。
或者给红绿色盲声音警示的人性化设计。
现在的交通灯系统很多都增加了智能控制环节，比如对闯红灯的车辆进行拍照。
当某方向红灯亮时，此时相应的传感器开始工作，当有车辆通过时，照相机就把车辆拍下。
要将交通灯系统产品化，应该根据客户不同的需求进行不同的设计，应该在程序中增加一些可以人为改变的参数，以便客户根据不同的需要随时调节交通灯。
因此，研究交通灯及扩大其应用，有着非常现实的意义。
2设计方案论证
2.1设计原理
本次课程设计的内容为利用8086、8253定时器、8255等接口，实现控制十二个二极管亮灭的过程。
课程设计说明书NO.2
2.2设计环境及设备
PC机一台
8255并口：
用做接口芯片。
LED：
共阳12个LED灯。
2.3交通灯工作原理
（1） 初始状态都是红灯，延时1秒。
（2）南北绿灯,东西红灯，延时5秒。
（3）南北绿灯闪3次转黄灯，东西红灯。
（4）南北红灯，东西绿灯，延时5秒。
（5）东西绿灯闪3次转黄灯，南北红灯。
3系统硬件设计
3.18086简介
Intel8086是16位的微处理器（其内部总线为16位，外部总线为8位，故称为准16位微处理器），它采用HMOS工艺40条引脚封装。
8086工作时使用5V电源，时钟频率5MHz（8086-1为10MHz，8086-2为8MHz）它有20根地址线，故可寻址的内存空间为1MB【9】。
另外，Intel公司同期推出的Intel8088微处理器一种准16位微处理器，其内部寄存器，内部操作等均按16位处理器设计，与Intel8088微处理器基本上相同，不同的是其对外的数据线只有8位，目的是为了方便地与8位I/O接口芯片相兼容。
如图所示是8086CPU的内部功能结构。
从功能上来看，8086CPU可分为两部分，即总线接口部件BIU（Bus Interface Unit）和执行部件EU（Execution Unit）
课程设计说明书NO.3
图18086CPU的内部功能结构图
（1）8086的主要特性
Intel8086/8088CPU是Intel公司推出的高性能的微处理器，具体如下主要特性：
（a）8086CPU数据总线为16位，8088CUP数据总线为8位。
（b）地址总线都是20位，低16位用于数据总线复用，可直接寻址为1MB的存储空间。
（c）有16位的端口地址，可以寻址64KB的I/O端口。
（d）有99条基本指令，指令功能强大。
（e）有9种基本寻址方式。
（f）可以处理内部和外部中断，外部中断源多达256个。
（g）兼容性好，8086、8085在源程序一级兼容。
（h）8086/8088标准主频为5MHz，8086/8088-2主频为8MH【3】。
（i）支持单处理器或多处理器系统工作。
课程设计说明书NO.4
（2）8086CPU寄存器结构
8086CPU中有14个16位的寄存器,其中有4个16位的通用寄存器,2个16位指针寄存器,2个16位变址寄存器,1个16位指令指针及1个16位标志寄存器【8】。
通用寄存器包括累加器AX，基址寄存器BX，计数寄存器CX，数据寄存器DX四个寄存器，位于CPU的EU中，每个数据寄存器可存放16位操作数，也可拆成两个8位寄存器，用来存放8位操作数。
指针和变址寄存器包括：
堆栈指针SP、基址指针BP、源变址寄存器SI、和目的变址寄存器DI四个16位寄存器，可以来存放数据和地址。
段寄存器包括：
代码段寄存器CS，数据段寄存器DS，附加段寄存器ES，堆栈段寄存器SS【4】。
3.28255简介
8255是Intel公司生产的可编程并行I/O接口芯片，有3个8位并行I/O口。
具有3个通道3种工作方式的可编程并行接口芯片（40引脚）。
其各口功能可由软件选择，使用灵活，通用性强。
8255可作为单片机与多种外设连接时的中间接口电路。
8255作为主机与外设的连接芯片，必须提供与主机相连的3个总线接口，即数据线、地址线、控制线接口。
同时必须具有与外设连接的接口A、B、C口。
由于8255可编程,所以必须具有逻辑控制部分，因而8255内部结构分为3个部分：
与CPU连接部分、与外设连接部分、控制部分。
它具有A、B、C三个并行接口，并行接口是以数据的字节为单位与I/O设备或被控制对象之间传递信息。
CPU和接口之间的数据传送总是并行的，即可以同时传递8位、16位、32位等。
用+5V单电源供电，能在以下三种方式下工作：
方式0--基本输入/出方式、方式1--选通输入/出方式、方式2--双向选通工作方式【3】。
8255的内部结构及引脚图如图所示。
课程设计说明书NO.5
图48255内部结构及引脚
图8255内部结构及引脚图
具体的各引脚功能如下【3】:
D0～D7为双向数据信号线，用来传送数据和控制字。
RD为读信号线，与其它信号线一起实现对8255接口的读操作通常接系统总线的IOR信号。
WR为写信号线，与其它信号一起实现对8255的写操作，通常接系统总线的IOW。
课程设计说明书NO.6
CS为片选信号线，当它为低电平（有效）时，才能选中该8255芯片，也才能对8255进行操作【6】。
A0，A1为口地址选择信号线。
8255内部有3个口；A口，B口，C口，还有一个控
制寄存器，它们可由程序寻址。
A0，A1上的不同编码可分别寻址上述3个口和一个控制寄存器,具体规定如表1所示。
表18255的寻址方式
A1
A0
选择
0
0
A口
0
1
B口
1
0
C口
1
1
控制寄存器
通常A0，A1分别接系统总线A0和A1，它们与CS一起来决定8255的接口地址。
RESET为复位输入信号。
此端上的高电平可使8255复位。
复位后，8255的A口，B口，C口均被定为输入状态。
PA0~PA7为A口的8条输入输出信号线。
PB0~PB7为B口的8条输入输出信号线。
PC0~PC7，8条线根据其工作方式可作为数据的输入或输出线，也可以用作控制信号的输出或状态信号的输入线【7】。
8255工作方式控制字和C口按位置位/复位控制字格式如图3所示【4】。
课程设计说明书NO.7
图
图2置位/复位控制字格式
8255的寻址：
8255占外设编址的4个地址，即A口，B口，C口和控制寄存器各占一个外设接口地址。
对同一个地址分别可以进行读写操作。
例如，读A口可将A口的数据读出；写A口可将CPU的数据写入A口并输出【8】。
如表2为方式0下系统的输入输出组合，其中分为A,B组，A组分为A口和C口，B组分为B口和C口。
8255的工作方式主要有工作方式0、工作方式1和工作方式2。
其中端口A
可以工作在三种方式中的任一种；端口B只能工作在方式0和方式1；端口C通常作为控制信号使用，配合端口A和端口B的工作。
在交通灯控制的设计中只用到了工作方式0。
课程设计说明书NO.8
表2方式0下，8255的16种输入输出组合
A组
B组
A口（PA0---PA7）
C口（PC4---PC7）
B口（PB0---PB7）
C口（PC0---PC3）
入
入
入
入
入
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出
出
工作方式0，又称为基本工作方式。
在此方式下，可分别将A口的8条线，B口的8条线，C口高4位对应的4条线和C口的低四位对应的四条线定义为输入或输出。
故它们的输入输出共有16种不同的组合。
工作方式1，既选通输入输出方式。
在这种方式下，A口和B口仍作为数据的输出口和输入口，同时还要利用C口的某些位作为控制和状态信号。
工作方式2，又称双向输入输出方式。
这种方式只有8255的口A才有。
在A口工作于双向输入输出方式时，要利用C口的5条线才能实现。
因此，B口只能工作在工作方式0或工作方式1，而C口剩下的3条线可以作为输入输出线使用或B口方式1下的控制线。
课程设计说明书NO.9
3.28253简介
intel8253是NMOS工艺制成的可编程计数器/定时器，有几种芯片型号，外形引脚及功能都是兼容的，只是工作的最高计数速率有所差异。
图38253内部结构及引脚图
8253内部可分为6个模块，每个模块的功能如下：
（1）数据总线缓冲器及数据总线D0～D7（如上图所示）
（2）读/写控制逻辑及控制引脚
（3）控制字寄存器
在初始化编程时，CPU写入方式控制字到控制字寄存器中，用以选择计数通道及其相应的工作方式。
8253的工作方式也是有控制字来决定。
（4）计数通道0、计数通道1、计数通道2
3个计数通道内部结构完全相同。
每个计数通道都由一个16位计数初值寄存器、一个16位减法计数器和一个16位计数值锁存器组成
计数初值存于预置寄存器，在计数过程中，减法计数器的值不断递减，而预置寄存器中的预置不变。
输出锁存器用于写入锁存命令时，锁定当前计数值。
课程设计说明书NO.10
计数器的3个引脚说明：
1.CLK时钟输入信号
在计数过程中，此引脚上每输入一个时钟信号（下降沿），计数器的计数值减
2.GATE门控输入信号控制计数器工作，可分成电平控制和上升沿控制两种类型。
3.OUT计数器输出信号当一次计数过程结束（计数值减为0），OUT引脚上将产生一个输出信号。
8253有6种工作方式，由方式控制字确定。
区分这6种工作方式的主要标志由3点：
一是输出波形不同；二是启动计数器的触发方式
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